(57)【要約】      （修正有）【課題】製造コストが低く、かつセパレータに要求される性能の向上を図った燃料電池用セパレータ及びそれを用いた燃料電池を提供する。【解決手段】ＭＥＡの両側にそれぞれ配置される燃料電池用セパレータであって、導電性金属板からなる仕切板１と、同じく導電性金属板からなる受け板１７とを重ね合わせて構成され、上記仕切板１は、複数並列に配置された長穴と、各長穴の両側に形成され、仕切板１の表面に対して屈曲した縦壁７と、隣接する上記長穴３間に形成された底壁１０とを備え、上記受け板１７は上記仕切板１の上記縦壁７を収容すると共に、その縦壁７の先端部と当接する収容部１９を備え、上記縦壁７と上記収容部１９とで囲まれた空間に、上記ＭＥＡに供給する燃料の流路３０が形成されるものである。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＡの両側にそれぞれ配置される燃料電池用セパレータであって、
導電性金属板からなる仕切板と、同じく導電性金属板からなる受け板とを重ね合わせて構成され、
上記仕切板は、複数並列に配置された長穴と、各長穴の両側に形成され、仕切板の表面に対して屈曲した縦壁と、隣接する上記長穴間に形成された底壁とを備え、
上記受け板は上記仕切板の上記縦壁を収容すると共に、その縦壁の先端部と当接する収容部を備え、
上記縦壁と上記収容部とで囲まれた空間に、上記ＭＥＡに供給する燃料の流路が形成されることを特徴とする燃料電池用セパレータ。
【請求項２】
上記縦壁が、上記仕切板の表面に対してほぼ９０°の角度で屈曲した請求項１記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項３】
上記縦壁の長手方向の端部位置が、一本又は複数本おきに異なるように形成され、
隣接する燃料流路が、上記縦壁の端部位置の違いにより形成される隙間を介して連通される請求項１又は２記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項４】
上記隙間が、燃料流路の長手方向の両端部に交互に形成される請求項３記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項５】
上記受け板が、上記収容部に連続して形成された張出部を備えると共に、上記仕切板が上記張出部と対応する位置に形成された第一燃料供給穴と、上記張出部と対応する位置外に設けられた第二燃料供給穴とを備え、
上記第一燃料供給穴から供給された燃料は、上記受け板の張出部と上記仕切板とで区画された供給通路を通って上記燃料流路へと流れ、上記第二供給穴から供給された燃料は上記燃料流路へは流れずに厚さ方向に流出する請求項１〜４いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項６】
上記仕切板及び受け板が、厚さ０．２ｍｍ以下の導電性金属板をプレス成形して形成したものである請求項１〜５いずれかに記載の燃料電池用セパレータ。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載のセパレータを、上記仕切板の上記底壁がＭＥＡと接触するようにして、ＭＥＡの両側にそれぞれ配置してなる単位セル。
【請求項８】
請求項５に記載のセパレータを、上記仕切板の上記底壁がＭＥＡと接触するようにして、ＭＥＡの両側にそれぞれ配置すると共に、一方のセパレータの上記第一燃料供給穴と他方のセパレータの上記第二燃料供給穴とを整合させて配置し、かつ一方のセパレータの上記第二燃料供給穴と他方のセパレータの上記第一燃料供給穴とを整合させて配置してなる単位セル。
【請求項９】
請求項８に記載の単位セルを複数積層してなる燃料電池。
【請求項１０】
上記セパレータを構成する受け板が、受け板の表面に対して突出した凸部を有し、
上記単位セルを複数積層すると、隣接する上記セパレータの上記受け板の凸部同士の間、及び上記受け板の凸部と張出部との間に冷却液流路が形成される請求項９記載の燃料電池。
【請求項１１】
上記凸部が上記収容部を囲むように形成される請求項１０記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に用いられるセパレータ及びそれを用いた単位セル並びに燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは、化学エネルギを直接電気エネルギに変換する電池であり、電気自動車等の車両の動力源又は電源としてや、住宅用の発電機としてなど、様々な分野において実用化が進められている。特に、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は他の燃料電池システムと比較して低温で動作し、出力密度が高いことから自動車用、可搬用の動力源などとしての適用が期待されている。
【０００３】
係る固体高分子型燃料電池は、ＭＥＡ（Membrane Electrolyte Assembly：電解質膜と電極との接合体）と、そのＭＥＡの両側にそれぞれ配置されたセパレータとからなる「単位セル」を、必要な電圧を得るべく複数積層してスタックとしたものである。
【０００４】
上記セパレータは主に、ＭＥＡに燃料（水素、及び空気又は酸素（以下単に空気と言う））を供給する流路を形成する役割と、ＭＥＡと接触して、発生した電気を集電する役割とを有している。
【０００５】
現在開発されているセパレータは、主に以下の３種類に大別できる。
【０００６】
１）金属薄板セパレータ：金属板をプレス加工等により凹凸状に折り曲げて燃料流路及び集電部を形成したもの（特許文献１及び２参照）。
【０００７】
２）樹脂セパレータ：黒鉛粉末を熱硬化性樹脂バインダ等で固めて形成した板材を切削加工することにより、燃料流路および集電部を形成したもの（特許文献３参照）。
【０００８】
３）カーボンセパレータ：高強度カーボン材からなる板材を切削加工することにより、燃料流路および集電部を形成したもの。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３０２８１４号公報
【００１０】
【特許文献２】特開２００１−３２５９６９号公報
【特許文献３】特開平８−１６２１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これら各セパレータはそれぞれ、以下に示すような問題点を抱えていた。
【００１２】
１）金属薄板セパレータの問題点：集電部を形成する凸部の角（コーナ）がＲ形状になってしまうため、集電効率が悪い。形状が複雑であり、製造が困難である。
【００１３】
２）樹脂セパレータの問題点：製造コストが高い。薄板化が困難である。金属と比べて強度が低い。導電性を高めるために黒鉛の含有量を増やすと成形性が悪化してしまう。
【００１４】
３）カーボンセパレータの問題点：製造コストが高い。薄板化が困難である。金属と比べて強度が低い。
【００１５】
そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、製造コストが低く、かつセパレータに要求される性能の向上を図った燃料電池用セパレータ及びそれを用いた単位セル並びに燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、ＭＥＡの両側にそれぞれ配置される燃料電池用セパレータであって、導電性金属板からなる仕切板と、同じく導電性金属板からなる受け板とを重ね合わせて構成され、上記仕切板は、複数並列に配置された長穴と、各長穴の両側に形成され、仕切板の表面に対して屈曲した縦壁と、隣接する上記長穴間に形成された底壁とを備え、上記受け板は上記仕切板の上記縦壁を収容すると共に、その縦壁の先端部と当接する収容部を備え、上記縦壁と上記収容部とで囲まれた空間に、上記ＭＥＡに供給する燃料の流路が形成されるようにしたものである。
【００１７】
請求項２に係る発明は、上記縦壁が、上記仕切板の表面に対してほぼ９０°の角度で屈曲するようにしたものである。
【００１８】
請求項３に係る発明は、上記縦壁の長手方向の端部位置が、一本又は複数本おきに異なるように形成され、隣接する燃料流路が、上記縦壁の端部位置の違いにより形成される隙間を介して連通されるようにしたものである。
【００１９】
請求項４に係る発明は、上記隙間が、燃料流路の長手方向の両端部に交互に形成されるようにしたものである。
【００２０】
請求項５に係る発明は、上記受け板が、上記収容部に連続して形成された張出部を備えると共に、上記仕切板が上記張出部と対応する位置に形成された第一燃料供給穴と、上記張出部と対応する位置外に設けられた第二燃料供給穴とを備え、上記第一燃料供給穴から供給された燃料は、上記受け板の張出部と上記仕切板とで区画された供給通路を通って上記燃料流路へと流れ、上記第二供給穴から供給された燃料は上記燃料流路へは流れずに厚さ方向に流出するようにしたものである。
【００２１】
請求項６に係る発明は、上記仕切板及び受け板を、厚さ０．２ｍｍ以下の導電性金属板をプレス成形して形成するようにしたものである。
【００２２】
請求項７に係る発明は、請求項１〜６いずれかに記載のセパレータを、上記仕切板の上記底壁がＭＥＡと接触するようにして、ＭＥＡの両側にそれぞれ配置して単位セルとしたものである。
【００２３】
請求項８に係る発明は、請求項５に記載のセパレータを、上記仕切板の上記底壁がＭＥＡと接触するようにして、ＭＥＡの両側にそれぞれ配置すると共に、一方のセパレータの上記第一燃料供給穴と他方のセパレータの上記第二燃料供給穴とを整合させて配置し、かつ一方のセパレータの上記第二燃料供給穴と他方のセパレータの上記第一燃料供給穴とを整合させて配置して単位セルとしたものである。
【００２４】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の単位セルを複数積層してなる燃料電池としたものである。
【００２５】
請求項１０に係る発明は、上記セパレータを構成する受け板が、受け板の表面に対して突出した凸部を有し、上記単位セルを複数積層すると、隣接する上記セパレータの上記受け板の凸部同士の間、及び上記受け板の凸部と張出部との間に冷却液流路が形成されるようにしたものである。
【００２６】
請求項１１に係る発明は、上記凸部が上記収容部を囲むように形成されるようにしたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、製造コストが低く、かつセパレータに要求される性能の向上が図れるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２９】
本実施形態のセパレータは固体高分子型燃料電池用のセパレータであり、導電性金属板からなる２つの部材（仕切板と受け板）を重ね合わせて構成したことを特徴とする。まず、部材各々の構成について説明する。
【００３０】
図１はセパレータ構成部材の一つである仕切板の正面図、図２は図１のＡ部拡大図、図３は図２のIII−III線断面図である。
【００３１】
図に示すように、仕切板１はほぼ矩形状の導電性金属薄板（例えば厚さ０．２ｍｍ以下のステンレス）のプレス成形品からなり、そのほぼ中央部に発電・集電部２が形成される。発電・集電部２は、仕切板１の側縁１ａとほぼ平行に延出すると共に、仕切板１の上下縁１ｂとほぼ平行な方向に所定間隔を隔てて複数並列された長穴３を備える。各長穴３の上下端部には、長穴３の幅よりも大きな直径を有する円穴５がそれぞれ形成されており、その円穴５の一側（図２中右側下部）には長穴３の長手方向に所定距離延出する切り欠き６が連続的に形成される。この切り欠き６は、一つの長穴３の両端部において異なる側部に形成される。つまり、図１では、各長穴３の上端部では右側部に、下端部では左側部に切り欠き６が形成される。
【００３２】
図２及び図３から分かるように、各長穴３の両側には仕切板１の表面に対してほぼ９０°の角度で屈曲した縦壁７がそれぞれ形成される。上述したように、長穴３の端部の一側（図２中右側下部）には切り欠き６が形成されているため、長穴３の両側に位置する縦壁７の端部位置ｋ１，ｋ２が一本おきに異なる。
【００３３】
各長穴３とその長穴３の両側に位置する縦壁７とで区画された空間に溝９（図３参照）が形成される。また、隣接する二つの長穴３間に位置する底壁１０と、その底壁１０の両側に位置する二つの縦壁７とで断面コ字状の桟１１が形成される。つまり、発電・集電部２は、仕切板１の上下縁１ｂとほぼ平行な方向に沿って交互に形成された溝９及び桟１１とで構成される。
【００３４】
溝９は、燃料（水素及び空気）をＭＥＡ（図示せず）の電極と接触させるための燃料流路として機能するものであり、発電部と言い換えることもできる。一方、桟１１は、その内側部分が燃料流路として機能すると共に、底壁１０が、ＭＥＡと接触して、発生した電子を集電する集電部として機能する。
【００３５】
このような溝９及び桟１１は、導電性金属薄板をプレス加工することにより成形できる。例えば、金属薄板に円穴５及び切り欠き６をピアス加工により打ち抜いた後、成形すべき長穴３の幅方向中央部に沿ってスリットを形成して上下に位置する長穴５及び切り欠き６をスリットで連結する。その後、スリットの両側部に位置する部分を折り曲げて縦壁７及び長穴３を形成する。最後にリストライクを行って底壁１０と縦壁７との角部Ｒをシャープ（エッジ）にする。このような工程により、溝９及び桟１１を成形することができる。
【００３６】
本実施形態では、溝９及び桟１１の流路断面積がそれぞれ長手方向全域に亘って一定となり、かつ溝９の流路断面積と桟１１内の流路断面積とが互いに等しくなるように形成される。こうすることで、溝９及び桟１１内を流れる燃料の流速を全ての位置で一定にできる。ここで、縦壁７の高さ（溝９の深さ）をｈ、仕切板１の板厚をｔとすると、溝９の幅ｗ１は、ｗ１＝２（ｈ−ｔ−０．１）で表すことができる。なお、この式中の数値０．１は、曲げＲ部の材料余りを加味した係数である。そして、溝９の流路断面積（＝ｗ１×ｈ）と桟１１内の流路断面積（＝（ｗ２−２ｔ）×（ｈ−ｔ））とを同一にするために必要な桟１１の幅Ｗ２は、ｗ２＝｛ｈ・ｗ１／（ｈ−ｔ）｝＋２ｔとなる。このように、縦壁７の高さｈ、仕切板１の板厚ｔ等に基づいて溝９及び桟１１の幅ｗ１，ｗ２が決定される。
【００３７】
さて、図１に示すように、仕切板１における発電・集電部２よりも外側の部分には、平坦状のフランジ部１２が形成される。このフランジ部１２は、後述する受け板１７と接合されることによって、発電・集電部２（溝９及び桟１１）に供給された燃料が外部に漏れるのを防ぐ役割を果たす。フランジ部１２には、第一及び第二燃料供給穴１３ａ，１５ａと、第一及び第二燃料排出穴１３ｂ，１５ｂとがそれぞれ形成される。第一燃料供給穴１３ａと第一燃料排出穴１３ｂ、および第二燃料供給穴１５ａと第二燃料排出穴１５ｂとはそれぞれ、仕切板１の中央部に対して対象に配置される。また、第一燃料供給穴１３ａと第二燃料排出穴１５ｂ、及び第二燃料供給穴１５ａと第一燃料排出穴１３ｂとは、発電・集電部２を左右に跨ぐように配置される。更に、フランジ部１２には冷却液の供給穴１６ａ及び排出穴１６ｂが形成される。この供給穴１６ａ及び排出穴１６ｂは発電・集電部２を上下に跨ぐように配置される。
【００３８】
次に、図４及び図５を用いて、他方のセパレータ構成部材である受け板を説明する。図４は受け板の正面図、図５（ａ）は図４のＶａ−Ｖａ線断面図、図５（ｂ）は図４のＶｂ−Ｖｂ線断面図、図５（ｃ）は図４のＶｃ−Ｖｃ線断面図である。なお、図４中、二点鎖線で示すラインは、受け板の折り曲げ（屈曲）ラインを示している。
【００３９】
図に示すように、受け板１７は、仕切板１と同様にほぼ矩形状の導電性金属薄板（例えば厚さ０．２ｍｍ以下のステンレス）のプレス成形品からなり、そのほぼ中央部に仕切板１の発電・集電部２（縦壁７）を収容するための収容部１９が形成される。収容部１９はほぼ矩形状であり、その外側には他のセパレータと重ね合わされたときに、互いの間に冷却液流路を形成するための凸部２０が形成され、凸部２０の外側には平坦状のフランジ部２１が形成される。図５から分かるように、フランジ部２１と収容部１９とは、ほぼ同一平面上に位置し、凸部２０はそれらフランジ部２１及び収容部１９よりも突出している。図４に示すように、凸部２０は収容部１９を囲むように環状に形成される。つまり、凸部２０の内側の領域に収容部１９が、外側の領域にフランジ部２１がそれぞれ形成される。凸部２０の高さ（収容部１９の深さｄ、図５（ｂ）参照）は、仕切板１の縦壁７の高さｈ（図３参照）から仕切板１の板厚ｔを減じた寸法（ｈ−ｔ）と等しく形成される。
【００４０】
また受け板１７には、第一及び第二燃料供給穴２２ａ，２３ａと、第一及び第二燃料排出穴２２ｂ，２３ｂとがそれぞれ形成される。これら供給穴２２ａ，２３ａ及び排出穴２２ｂ，２３ｂは、仕切板１と受け板１７とが重ね合わされたときに、仕切板１の供給穴１３ａ，１５ａ及び排出穴１３ｂ，１５ｂとそれぞれ整合するように形成される。
【００４１】
受け板１７には、収容部１９の一部に連続し、かつ収容部１９とほぼ同一平面上に位置する張出部２５が形成され、第一燃料供給穴２２ａ及び排出穴２２ｂはこの張出部２５に形成される。従って、供給穴２２ａから供給される一方の燃料（水素又は空気）は張出部２５を通って収容部１９へと流れ、他方の張出部２５を通って排出穴２２ｂから排出される。
【００４２】
これに対して、第二燃料供給穴２３ａ及び排出穴２３ｂは、収容部１９とほぼ同一平面上に位置するものの、その周囲が凸部２０により囲まれた隔離部２６に形成される。従って、供給穴２３ａから供給される他方の燃料（空気又は水素）は収容部１９へは流れずに受け板１７の厚さ方向に流出する。
【００４３】
受け板１７の凸部２０には、冷却液の供給穴２７ａ及び排出穴２７ｂが形成される。この供給穴２７ａ及び排出穴２７ｂは、仕切板１と受け板１７とが重ね合わされたときに、仕切板１の冷却液供給穴１６ａ及び排出穴１６ｂと整合するように形成される。
【００４４】
以上説明した仕切板１及び受け板１７には、酸化被膜の発生防止や、腐食防止、金属イオンの溶出防止、撥水性の付与などを目的として、金属メッキなどの表面処理を施すことが好ましい。しかしながら、現在、金属材料の開発が急ピッチで進められているため、上述したような特性を予め有する材料が開発されたならば、勿論、表面処理は不要となる。
【００４５】
次に、図６及び図７を用いて、これら仕切板１と受け板１７とを重ね合わせてなるセパレータを説明する。図６は仕切板と受け板とを重ねた状態を示す正面透視図であり、図７は図６のＶII−ＶII線断面図である。
【００４６】
図に示すように、仕切板１の縦壁７の先端部（底壁１０と反対側の端部）を受け板１７側に向けた状態で、仕切板１と受け板１７とを重ね合わせてセパレータ２９を構成する。このとき、仕切板１の発電・集電部２を受け板１７の収容部１９内に収容する。上述したように、受け板１７の収容部１９の深さｄが、仕切板１の縦壁７の高さｈから板圧ｔを減じた寸法と等しいため、縦壁７の先端部が収容部１９と当接すると、仕切板１のフランジ部１２と受け板１７の凸部２０とが当接する。従って、フランジ部１２と凸部２０とを接合することによって、発電・集電部２（収容部１９）の周囲をシールでき、燃料が外部に漏れるのを防止できる。また、図６に示すように、仕切板１の縦壁７における外側端部ｋ１が収容部１９の上下の側壁１９ａと当接する。これによって、収容部１９内に各縦壁７で区画された燃料流路３０が複数形成される。より具体的には、燃料流路３０は、仕切板１の溝９により形成された流路３０ａと、桟１１内に形成された流路３０ｂとからなり、これら流路３０ａ，３０ｂが交互に形成される。
【００４７】
図２に示すように、縦壁７の内側端部ｋ２は、収容部１９の側壁１９ａと当接しないため、収容部１９の側壁１９ａと内側端部ｋ２との間に隙間が形成される。この隙間により隣接する燃料流路３０同士が連通される。この隙間は各燃料流路３０の上下端部に交互に形成される。
【００４８】
図６及び図７に戻り、仕切板１のフランジ部１２と受け板１７の張出部２５とで区画された空間には、第一燃料供給穴１３ａ，２２ａと収容部１９（発電・集電部２）とを連通する供給通路３１と、収容部１９と第一燃料排出穴１３ｂ、２２ｂとを連通する排出通路３２とが形成される。
【００４９】
本実施形態では、仕切板１と受け板１７とは導電性を有する接着剤により接合される。しかしながら、本発明はこの点において限定されず、他の手段を用いても良い。
【００５０】
次に、図６、図７及び図８を用いて、このセパレータ２９を用いて構成した単位セルの構造を説明する。
【００５１】
図に示すように、セパレータ２９は、その仕切板１がＭＥＡ３３と接触するようにして、ＭＥＡ３３の両側面に配置される。これにより、仕切板１の桟１１の底壁１０（集電部）がＭＥＡ３３の両側の電極とそれぞれ接触する。また、溝９により形成された燃料流路３０ａの開口部がＭＥＡ３３の側面により蓋される。
【００５２】
ＭＥＡ３３の一側（図中上側）に配置されたセパレータ２９の第一燃料供給穴１３ａ，２２ａ（供給通路３１により発電・集電部２と連通された穴）と、ＭＥＡ３３の他側（図中下側）に配置されたセパレータ２９の第二燃料供給穴１５ａ，２３ａ（凸部２０により発電・集電部２と隔離された穴）とが整合するように配置される。同様に、一方のセパレータ２９の第二燃料供給穴１５ａ，２３ａと他方のセパレータ２９の第一燃料供給穴１３ａ，２２ａとが整合し、一方のセパレータ２９の第一燃料排出穴１３ｂ，２２ｂと他方のセパレータ２９の第二燃料排出穴１５ｂ，２３ｂとが整合し、一方のセパレータ２９の第二燃料排出穴１５ｂ，２３ｂと他方のセパレータ２９の第一燃料排出穴１３ｂ，２２ｂとが整合するように配置される。
【００５３】
図中上側に示すセパレータ２９の受け板１７の第一燃料供給穴２２ａから供給された一方の燃料（ここでは水素とする）は供給通路３１を通って発電・集電部２側へと流れ、各燃料流路３０を流れる。水素は燃料流路３０をその長手方向に流れ、その端部にて上述した隙間から隣接する燃料流路３０へと流れ込み、その燃料流路３０を逆向きに流れる（図２参照）。つまり、水素は溝９により形成された燃料流路３０ａと桟１１により形成された燃料流路３０ｂを交互に折り返して流れる。このとき、溝９により形成された燃料流路３０ａを流れる水素の方向は全ての流路３０ａで同一となり、桟１１により形成された燃料流路３０ｂを流れる水素の方向も全ての流路３０ｂで同一となる。
【００５４】
溝９により形成された燃料流路３０ａ内を流れる水素はＭＥＡ３３の一側（負極）と接触して発電に寄与し、桟１１内を流れる水素はＭＥＡ３３とは接触しない。この領域は、発生した電気を桟１１（底壁１０）により集電するための領域だからである。燃料流路３０を流れた燃料は、排出通路３２（図６参照）を通って第一燃料排出穴１３ｂ，２２ｂから排出される。
【００５５】
図８に示すように、第一燃料供給穴１３ａから供給された水素の一部は、仕切板１の第一燃料供給穴１３ａ及びＭＥＡ３３に形成された穴３５を通って、他方（図中下側）のセパレータ２９へと流れる。しかしながら、上側（一方）のセパレータ２９の第一燃料供給穴１３ａ，２２ａと、下側（他方）のセパレータ２９の第二燃料供給穴１５ａ，２３ａとが整合しているため、他方のセパレータ２９に流れた水素は、このセパレータ２９の発電・集電部２側へは流れずに第二燃料供給穴１５ａ，２３ａから厚さ方向に流出する。
【００５６】
一方、上側のセパレータ２９の第二燃料供給穴１５ａ，２３ａ（図６参照）から供給された燃料（ここでは空気）はそのセパレータ２９の発電・集電部２側へは流れずに、ＭＥＡ３３に形成された穴３５を通って下側のセパレータ２９へと流れ、供給通路３１を通って発電・集電部２（燃料流路３０）へ流れる。そして、溝９により形成された燃料流路３０ａ内を流れる空気がＭＥＡ３３の他側（正極）と接触して発電に寄与する。
【００５７】
図９及び図１０を用いて、単位セルを複数積層して構成した燃料電池を示す。
【００５８】
図９は燃料電池の側面断面図であり、図１０は図９のＢ部拡大図である。
【００５９】
この燃料電池３６は、図８に示したものと同様の単位セル３７を複数積層し、その積層体の上下面に冷却液流路形成用のセパレータ２９’と押さえ板３９とを配置し、それら全体をボルト締めなどにより一体的に固定したものである。
【００６０】
この燃料電池３６において、最上部に積層された単位セル３７の上側のセパレータ２９の第一燃料供給穴１３ａ，２２ａから供給された燃料（ここでは水素）はそのセパレータ２９の供給通路３１を通って発電・集電部２へと流れて発電に寄与する。また、第一燃料供給穴１３ａ，２２ａから供給された水素の一部は、ＭＥＡ３３の穴３５及び下側のセパレータ２９の第二燃料供給穴１５ａ，２３ａを通って、隣接する単位セル３７の上側のセパレータ２９へと流れる。そしてそのセパレータ２９の第一燃料供給穴１３ａ，２２ａ、供給通路３１を通って発電・集電部２へと流れる。つまり、水素は全ての単位セル３７の上側のセパレータ２９（ＭＥＡ３３の負極側に配置されたセパレータ２９）の発電・集電部２にのみ供給される。
【００６１】
また、最上部に積層された単位セル３７の上側のセパレータ２９の第二燃料供給穴１５ａ，２３ａから供給された空気は、全ての単位セル３７の下側のセパレータ２９（ＭＥＡ３３の正極側に配置されたセパレータ２９）の発電・集電部２にのみ供給される。
【００６２】
この結果、全ての単位セル３７のＭＥＡ３３の負極に水素が、正極に空気が供給され、発電が遂行される。各単位セル３７で発生した電気は、セパレータ２９の集電部（桟１１）により集電され、外部に取り出される。また、隣接する単位セル３７間の電気的繋がり（結線）は、隣接する単位セル３７において、セパレータ２９の受け板１７同士がその裏面（仕切板１と対向する側と反対の面）で接触することにより確保される。より詳しくは、図１０に示すように、一方の受け板１７の隔離部２６と他方の受け板１７の張出部２５とが接触することにより確保される。
【００６３】
また、係る燃料電池３６では、上下に重ね合わせて接合された二つのセパレータ２９（２９’）間に、冷却液流路４０が形成される。この冷却液流路４０は、セパレータ２９（２９’）の受け板１７の凸部２０同士の間、及び凸部２０と張出部２５との間に形成される。セパレータ２９の冷却液供給穴１６ａ，２７ａ（図６参照）から供給された冷却液は、冷却液流路４０（凸部２０）に沿って各セパレータ２９の発電・集電部２の周囲を流れて冷却液排出穴１６ｂ，２７ｂ（図６参照）から排出される。
【００６４】
図１０に示すように、各セパレータ２９における仕切板１の端縁（フランジ部１２）と受け板１７の端縁（フランジ部２１）との間に、スペーサ４１が介設される。このスペーサ４１を設けることで、単位セル３７を積層して締め付けたときに、セパレータ２９（仕切板１及び受け板１７）及びＭＥＡ３３を均一な面圧で締め付けることができ、応力集中を防止できる。なお、上述したように、燃料及び冷却液のシールは仕切板１と受け板１７および受け板１７同士の接合により達成されるため、スペーサ４１にシール機能を持たせる必要はない。従って、スペーサ４１は比較的低コストで製造することが可能である。
【００６５】
以上説明してきたような本実施形態のセパレータ及びそれを用いた単位セル並びに燃料電池によれば、以下に述べるような効果を得ることができる。
【００６６】
１）セパレータ２９を仕切板１と受け板１７とに分割したため、各部材１，１７の形状がシンプルであり、製造が容易である。また、製造コストが低い。
【００６７】
２）仕切板１の構造がシンプルであり、製造が容易であるため、縦壁７と底壁１０（集電部）との角部Ｒをシャープにできる。従って、集電効率が良い。
【００６８】
３）金属薄板のプレス成形品であるため、樹脂製及びカーボン製のセパレータと比較して薄くできる。例えば、現在開発されている樹脂セパレータでは最も厚さが薄いものでも２ｍｍ程度であるが、本実施形態のセパレータでは１ｍｍ以下にすることも容易である。
【００６９】
４）冷却液が発電・集電部２の周部を環状に流れるため、発電により生じる熱を効果的に吸収でき、温度上昇抑制効果が高い。
【００７０】
５）セパレータ２９を重ねることにより冷却液流路４０が形成されるため、冷却液流路４０を形成するための部材を別途設ける必要がなく、部品点数の削減、製造コスト低減、セパレータの薄板化が図れる。
【００７１】
本発明は以上説明した実施形態に限定されない。
【００７２】
例えば、燃料流路３０の個数や長さなどは図示したものに限定されない。
【００７３】
また、上記実施形態では、燃料流路３０を形成する縦壁７の端部位置ｋ１，ｋ２が交互に異なり、燃料が各燃料流路３０を交互に折り返すとして説明したが、本発明はこの点において限定されず、縦壁７の端部位置を複数本おきに異ならせるようにしても良い。例えば、燃料が隣接する複数本の燃料流路を同方向に流れた後、その端部で折り返して１本の燃料流路内に流れるようにしても良い。
【００７４】
また、上記実施形態では、燃料流路３０の流路断面積が全ての位置で同一であると説明したが、本発明はこの点において限定されない。例えば、各燃料流路３０の流路断面積が長手方向において異なるようにしても良いし、溝９により形成される燃料流路３０ａの断面積と、桟１１により形成される燃料流路３０ｂの断面積とが異なるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の一実施形態に係るセパレータの構成部材の一つである仕切板の正面図である。
【図２】図１のＡ部拡大図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るセパレータの構成部材の一つである受け板の正面図である。
【図５】（ａ）は図４のＶａ−Ｖａ線断面図であり、（ｂ）は図４のＶｂ−Ｖｂ線断面図であり、（ｃ）は図４のＶｃ−Ｖｃ線断面図である。
【図６】仕切板と受け板とを重ねた状態を示す正面透視図である。
【図７】図６のＶII−ＶII線断面図である。
【図８】単位セルの側面断面図である。
【図９】単位セルを積層して構成した燃料電池の側面断面図である。
【図１０】図９のＢ部拡大図である。
【符号の説明】
【００７６】
１    仕切板
２    発電・集電部
３    長穴
７    縦壁
９    溝
１０    底壁
１１    桟
１３ａ  第一燃料供給穴
１３ｂ  第一燃料排出穴
１５ａ  第二燃料供給穴
１５ｂ  第二燃料排出穴
１７    受け板
１９    収容部
２０    凸部
２２ａ  第一燃料供給穴
２２ｂ  第一燃料排出穴
２３ａ  第二燃料供給穴
２３ｂ  第二燃料排出穴
２５    張出部
２９    セパレータ
３０    燃料流路
３１    供給通路
３２    排出通路
３３    ＭＥＡ
３６    燃料電池
３７    単位セル
４０    冷却液流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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